液壓機(jī)器人關(guān)節(jié)柔順控制的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、腿式機(jī)器人是近年來(lái)國(guó)際上的熱門(mén)研究領(lǐng)域，其對(duì)于復(fù)雜地形和惡劣環(huán)境具有較強(qiáng)適應(yīng)能力，能夠最大限度的協(xié)助人類(lèi)完成各種復(fù)雜任務(wù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。而液壓伺服由于其功率密度大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、抗電磁干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，能使機(jī)器人擁有更高的負(fù)載能力和動(dòng)態(tài)性能。機(jī)器人在自然空間的軌跡運(yùn)動(dòng)控制已較為成熟，但在其進(jìn)行相關(guān)作業(yè)或步態(tài)行走時(shí)與外界環(huán)境的接觸是無(wú)法避免的。由于液壓剛度較大，在與外界接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大撞擊，從而會(huì)嚴(yán)重影響腿式機(jī)器人的穩(wěn)定性。因此本文由實(shí)

2、際液壓驅(qū)動(dòng)腿式機(jī)器人的工程項(xiàng)目展開(kāi)，通過(guò)增加彈性元件及柔順控制算法實(shí)現(xiàn)讓機(jī)器人能夠表現(xiàn)出柔順特性，并具有一定減緩沖擊的能力。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，本文基于對(duì)非對(duì)稱(chēng)液壓缸的模型分析，引入彈性元件將力檢測(cè)轉(zhuǎn)換為位置測(cè)量，增強(qiáng)了環(huán)境適應(yīng)性。并分別對(duì)無(wú)阻尼器和帶阻尼器的液壓SEA數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析，建立了力控制的參數(shù)關(guān)系式，使得液壓驅(qū)動(dòng)器能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的力控制，并分析了其穩(wěn)定性，驗(yàn)證了驅(qū)動(dòng)器能夠滿足實(shí)際機(jī)器人柔順控制的基本需求。

3、r>　　接著通過(guò)對(duì)基于位置的阻抗控制模型進(jìn)行分析，建立了機(jī)器人所受環(huán)境力與液壓缸伺服位置之間的關(guān)系。通過(guò)內(nèi)外環(huán)結(jié)合、實(shí)時(shí)進(jìn)行受力狀態(tài)補(bǔ)償?shù)目刂品绞健Ｊ箼C(jī)器人末端模擬出一定的阻抗特性，使其對(duì)未知環(huán)境具有更好的適應(yīng)性。同時(shí)，從整體機(jī)器人腿部的角度分析了虛擬腿模型，通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系建立了虛擬腿剛度、彈性元件變形量及液壓缸位移之間的關(guān)系。使機(jī)器人能夠在受力狀態(tài)下表現(xiàn)出變剛度特性。
　　最后結(jié)合控制方法，設(shè)計(jì)加工了液壓串聯(lián)彈性驅(qū)

4、動(dòng)器機(jī)構(gòu)，并搭建了機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)應(yīng)用嵌入式QNX系統(tǒng)，完成多線程任務(wù)的創(chuàng)建及控制算法的編程。然后通過(guò)對(duì)單缸液壓彈性驅(qū)動(dòng)器的仿真和實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了其穩(wěn)定的力控制及動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。接著針對(duì)不同的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)對(duì)阻抗控制進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)，分析了剛度對(duì)機(jī)器人柔性的影響以及阻尼對(duì)調(diào)整過(guò)程的作用，并通過(guò)虛擬腿剛度控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其能夠提供變剛度的能力。最后通過(guò)行走實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了兩種方法均能夠?qū)崿F(xiàn)一定的柔順控制效果。從而為機(jī)器人穩(wěn)定性研究提供了支持。